Tính thử khả năng phát điện của thủy điện chạy bằng năng lượng sóng biển khi dùng bơm piston

Sóng biển khi cao khi thấp làm cho các bánh răng truyền lực chạy với các tốc độ rất khác nhau và lực cũng lúc mạnh lúc yếu nên tôi thích dùng bơm nước chạy bằng piston hơn các loại bơm khác. Hiện nay có rất nhiều loại bơm nước khác nhau và có thể bơm nước ...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tính thử khả năng phát điện của thủy điện chạy bằng năng lượng sóng biển khi dùng bơm piston Tính thử khả năng phát điện của thủy điện chạy bằng năng lượng sóng biển khi dùng bơm piston Lê Vĩnh Cẩn Sóng biển khi cao khi thấp làm cho các bánh răng truyền lực chạy với các tốc độrất khác nhau và lực cũng lúc mạnh lúc yếu nên tôi thích dùng bơm nước chạy bằngpiston hơn các loại bơm khác. Hiện nay có rất nhiều loại bơm nước khác nhau và cóthể bơm nước lên khá cao, ngay bơm ly tâm nhiều cấp trục ngang LTC105-49x7 củaCông ty Cổ phần Chế tạo bơm Hải Dương cũng có lưu lượng 105 m3/h, cột áp 343 m.Vì vậy trong bài: “Thủy điện chạy bằng năng lượng sóng biển”, ở phần 1 về Nội dungcủa thủy điện chạy bằng năng lượng sóng biển, tôi đã viết: “Đầu bơm nước, xin nhờcác chuyên gia về máy bơm nước chọn giúp cho có hiệu quả nhất”. Trong phần 2 vềBa vấn đề lớn cần nhờ sự giúp đỡ của các chuyên gia, tôi cũng đã xin các chuyên giatrợ giúp về hệ số chuyển đổi từ năng lượng sóng biển thu được sang điện. Nhưng vừaqua tôi đã tìm được bài: “Máy bơm piston” nên tôi tính thử khả năng phát điện của thủyđiện chạy bằng năng lượng sóng biển khi dùng bơm piston xem sao? Sau đây làphương pháp và kết quả tính toán của tôi. Không biết có sai sót gì hay không? Xin mọingười chỉ giúp. Để đơn giản trong việc tính toán, tôi tính thử cho việc sử dụng loại máy bơmpiston tác dụng kép. Loại máy bơm này khi piston tiến hay lui đều có nước được bơmlên. Sơ đồ bơm piston tác dụng kép như trong hình vẽ sau: Khi piston tiến, van 2 đóng lại, van 1 mở ra, nước từ khoang bên trái được bơmlên, đồng thời van 3 đóng lại, van 4 mở ra, nước được hút đầy khoang bên phải. Khipiston lui, van 4 đóng lại, van 3 mở ra, nước từ khoang bên phải được bơm lên, đồngthời van 1 đóng lại, van 2 mở ra, nước được hút đầy khoang bên trái. 1 Gọi d là đường kính của piston, ta có diện tích tiết diện của piston là s=∏d2/4. Phao hình trụ tròn đường kính 6 m, có diện tích đáy là S=9∏. Khi sóng đang lên, để có đủ lực đẩy piston, phao phải ngập sâu hơn mức trungbình một đoạn y thì thể tích phao bị ngập thêm là 9∏y. Thể tích đó tương đương với thể tích cột nước đường kính d cao9∏y/s=36∏y/∏d2=36y/d2. Khi sóng đang xuống, để có đủ lực đẩy piston, phao phải ngập thấp hơn mứctrung bình một đoạn y và nhờ lực hút của trái đất, ta cũng có kết quả tương tự. Khi ở đáy sóng, phao phải chờ cho đến khi ngập thêm một đoạn là y thì mới cóđủ lực để đẩy piston. Khi ở đỉnh sóng, phao phải chờ cho đến khi chỉ còn ngập dướimức trung bình một đoạn là y thì mới có đủ lực để đẩy piston. Khoảng nâng hạ trongchu kỳ sóng của phao là h, để có đủ lực đẩy piston thì khoảng nâng hạ của phao chỉcòn là h-2y. Nhưng phao luôn luôn chuyển động nên có động năng lớn. Sóng cànglớn, khoảng nâng hạ càng lớn thì động năng của phao càng lớn. Để có đủ lực đẩypiston, phao phải ngập sâu thêm hoặc ngập nông hơn, phao càng ngập sâu thêm hoặcngập nông hơn thì lực cản của phao càng lớn. Vì vậy khi phao ngập sâu thêm hoặcngập nông hơn một đoạn là y thì khoảng nâng hạ của phao sẽ là h–2yky/h=h-2ky2/h,trong đó k là hệ số phải tìm. Trong mục 3.1 về Phương pháp tính công cho 1 chu kỳ sóng của bài: “Nguồnđiện vô cùng to lớn và khá rẻ” trên Diễn đàn Webdien.com – Cầu nối dân điện, tôi đãtính được khi chiều cao của phao lớn hơn 2 lần khoảng nâng hạ của phao thì công củalực hút trái đất và lực đẩy lên của nước đối với phao hình trụ tròn trong 1 chu kỳ sóngsẽ là: A=mgh/2+mgh/2=mgh. Trong đó g=9,8, h là khoảng nâng hạ của phao, m là khốilượng nước hình trụ tròn có đường kính bằng đường kính của phao và có chiều cao làh. Tỷ trọng của nước biển lớn hơn 1 một chút, ta tạm tính tỷ trọng đó là 1 cho đơngiản. Nếu phao phải ngập quá sâu khi sóng nhỏ thì phao chỉ nâng hạ rất ít, thậm chícó khi chỉ đứng yên và ta sẽ thu được rất ít năng lượng từ sóng. Ngược lại nếu phaongập quá nông khi sóng lớn thì năng lượng thu được sẽ không lớn và sẽ nhỏ hơn nănglượng của sóng rất nhiều. Để tìm hệ số k tôi đã lập bảng tính để tính công suất của sóng khi sóng cao 6 m,5,9 m, 5,8 m,..., 0,2 m. Phía dưới tính công suất thu được khi phao ngập 0,1 m, 0,2 m,0,3 m,..., 3,9 m, 4 m cho tất cả các loại sóng vừa nêu và so sánh công suất lớn nhất thuđược của từng loại sóng với công suất của sóng. Đầu tiên tôi cho k=1 thấy công suấtlớn nhất thu được của từng loại sóng chỉ lớn hơn 54% so với công suất của sóng.Giảm dần k, cuối cùng tôi tìm được k=0,2963. Với hệ số k này thì tất cả công suất lớnnhất thu được của từng loại sóng đều bằng hoặc gần bằng công suất của sóng. Kếtquả tính toán này được tóm tắt như trong biểu 1 2 Biểu 1. Chu kỳ của sóng là T, tốc độ nâng hạ của phao sẽ là v=2(h-2ky2/h)/T. Nếu ta cho tốc độ của piston bằng với tốc đ ...